最大泡压法测定溶液表面张力实验数据

最大泡压法测定溶液的表面张力(总13页)

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--内页可以根据需求调整合适字体及大小-- 最大泡压法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。

2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。

3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。

二、实验原理

1、表面张力的产生

液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，如图所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积。

在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。若看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。

液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。

由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。

2、弯曲液面下的附加压力

静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。 弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力Ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为：

实验二十 最大泡压法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系；

2. 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术；

3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的横截

面积。

二、基本原理

（一）表面自由能

溶液表面分子在外侧方向没有其它分子的作用，因而溶液表面分子比内部分子具有更

高的平均位能，故液体有尽量缩小表面积的倾向。从热力学观点看，液体表面缩小是一个

自发过程，将使体系总自由能减小。欲使液体增大单位面积时，要由外界对液体作功，其

所需要的能量称为液体的表面自由能或表面能。液体表面积的缩小将使其达到尽可能低的

位能状态，所以自由小液滴常呈球形。

AΔSΔ成正比： 假设液体产生新的表面，则需对其作功的大小应与

WSσ−=⋅Δ （） II-20-1

AΔWσ−=

1式中S为表面积，σ即为表面张力。如果为1 m2

是在恒温恒压下生成1 m2

，则

新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能或表面能，其单位为J·m-2

，即恒温

恒压下体系增加一单位表面积时所需的能量。

因为J·m-2

= N·m·m-2

= N·m-1σ，所以也可将看作是表面层的分子垂直作用在界面每单

位长度边缘上且与表面平行或相切的收缩力，称为比表面张力，简称表面张力，其单位是

N·m-1

。它与表面自由能的概念不同，但量纲一致。

σ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶液的浓度、温度及

表面气氛等因素有关。

（二）溶液的表面吸附

在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其

变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。溶液表面张力与其组成的关系大致有以下

三种情况：

（1）随溶质浓度增加表面张力略有升高；

（2）随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；

（3）溶质浓度降低时表面张力急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。 以上三种情况溶质在表面上的浓度与体相中的都不相同，这种现象称为溶液的表面吸

最大泡压法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。

2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。

3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。

二、实验原理

1、表面张力的产生

液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，如图所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积。

在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。若看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。

液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。

由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。

2、弯曲液面下的附加压力

静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。

弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力Ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为：

1 宁 波 工 程 学 院

物理化学实验报告

专业班级

化本092

姓名 周培 实验日期 2011年6月2日

同组姓名 徐浩 郑志浩 指导老师 刘旭峰 王婷婷

实验名称 实验七、最大气泡压力法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1、掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。

2、通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。

二、实验原理

1、对纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中溶质的浓度应比溶液内部的浓度大，如果所加溶质能使溶剂的表面张力升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：

Γ＝－RTc(c)T （2）

式中：Γ为吸附量(mol.m－1)；σ为表面张力(J·m—’)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度(mol．L－1”)；

根据朗格谬尔公式得：

Γ＝－Γ∞K/1+Kc

式中Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附分子的截面积布满一层分子时的Γ。

以C/Γ对C作图，得一直线，该直线的斜率为Γ∞

2、图2是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意图。将欲测表面张力的液体装于支管试管5中，使毛细管6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管上升，打开滴液漏斗2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细管内液面上所受的压力（p大气）大于支管试管中液面上的压力 （p系统），故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力Δp，因此有下述关系：